地球不會輕易放棄其古老的秘密–即使是在南非的“人類搖籃”遺址，那裡也發現了大量與人類進化有關的化石。科學家們對這些早期人類祖先及其失散多年的親屬的化石已經研究了幾十年。現在，由普渡大學地質學家開發的一種測年方法剛剛將在斯特克方丹洞穴現場發現的其中一些化石的年齡推前了100多萬年。這將使它們甚至比世界上最著名的南方古猿化石Dinkinesh（也叫Lucy）更早。
“人類搖籃”被聯合國教科文組織列為世界遺產，包括各種含化石的洞穴，其中包括 Sterkfontein洞穴。 Sterkfontein洞穴因1936年發現第一隻成年南方古猿（Australopithecus）而聞名，南方古猿是一種已滅絕的人科。從那時起，在那裡發現了數以百計的南方古猿化石，包括著名的普萊斯夫人，以及被稱為Little Foot的幾乎完整的骨架。古人類學家和其他科學家幾十年來一直在研究Sterkfontein和“人類搖籃”的其他洞穴遺址，以揭示過去400萬年的人類和環境演變。
普渡大學理學院地球、大氣和行星科學教授Darryl Granger是這些研究人員中的一員，作為一個國際團隊的一員工作。Granger專門研究地質沉積物的年代，包括洞穴中的沉積物。作為一名博士生，他設計了一種對埋藏在洞穴中的沉積物進行測算的方法，現在被全世界的科學家所使用。他以前在Sterkfontein的工作將Little Foot骨架的年齡測定為大約370萬年，但科學家們仍在爭論該地點其他化石的年齡。
在2022年6月27日發表在《美國國家科學院院刊》上的一項新研究中，Granger和一個包括來自南非約翰內斯堡威特沃特斯蘭德大學和法國圖盧茲讓-焦雷大學的研究人員在內的科學家團隊發現，不僅是Little Foot，而且所有含有南方古猿的洞穴沉積物的年齡約為340萬至370萬年，而不是像科學家之前所推測的200萬至250萬年。這個年齡段使這些化石接近於南方古猿時代的開始，而不是接近於結束。來自埃塞俄比亞的Dinkinesh有320萬年的歷史，而她的物種Australopithecus africanus可以追溯到大約390萬年前。
Sterkfontein是一個深邃而複雜的洞穴系統，保存了人類佔領該地區的漫長歷史。理解這裡的化石日期可能很棘手，因為岩石和骨頭翻滾到了地下深洞的底部，而對洞穴沉積物進行測算的方法很少。
在發現許多人類化石的東非，大裂谷火山鋪下的火山灰層可以確定日期。研究人員利用這些灰層來估計化石的年齡。在南非–尤其是在山洞裡–科學家們沒有這種奢侈。他們通常使用在骨頭周圍發現的其他動物化石來估計它們的年齡，或者使用沉積在洞穴中的方解石流石。但是，骨頭在洞穴中可能會移動，年輕的流石可能會沉積在舊的沉積物中，使得這些方法有可能不正確。一個更準確的方法是確定發現化石的實際岩石的日期。嵌入化石的混凝土狀基質，稱為角礫岩，是Granger和他的團隊分析的材料。
Granger說：“Sterkfontein有比世界上其他地方更多的南方古猿化石。但很難在它們身上得到一個好的日期。人們已經研究了在它們附近發現的動物化石，並比較了流石等洞穴特徵的年齡，得到了一系列不同的日期。我們的數據所做的是解決這些爭論。它表明這些化石很古老–比我們最初認為的要古老得多。”
Granger和研究小組利用加速器質譜法測量岩石中的放射性核素，以及地質測繪和對洞穴沉積物積累方式的深入了解來確定Sterkfontein的含有南方古猿的沉積物的年齡。
Granger和普渡稀有同位素測量實驗室（PRIME Lab）的研究小組研究所謂的宇宙成因核素，以及它們能夠揭示的化石、地質特徵和岩石的歷史。宇宙成因核素是由宇宙射線–不斷轟擊地球的高能粒子–產生的極其罕見的同位素。這些射入的宇宙射線有足夠的能量在地表的岩石內引起核反應，在礦物晶體內產生新的、放射性的同位素。一個例子是鋁-26：缺少一個中子的鋁，在數百萬年的時間裡慢慢衰變為鎂。由於鋁-26是在岩石暴露在地表時形成的，而不是在它被深埋在洞穴中后形成的，PRIME實驗室的研究人員可以通過測量鋁-26的水平和另一種宇宙核素鈹-10來確定洞穴沉積物（和其中的化石）的日期。
除了基於宇宙成因核素的Sterkfontein的新日期之外，研究小組還仔細繪製了洞穴沉積物的地圖，並展示了不同年齡的動物化石在20世紀30年代和40年代的挖掘過程中是如何混在一起的，從而導致了幾十年來對以前年齡的混淆。“我希望的是，這能讓人們相信這種測定方法能給出可靠的結果，”Granger說。“使用這種方法，我們可以更準確地將古人類及其親屬置於正確的時間段內，在非洲以及世界其他地方。”
化石的年齡很重要，因為它影響着科學家對當時生活環境的理解。 人類如何和在哪裡進化，他們如何融入生態系統，以及他們的近親是誰和曾經是誰，這些都是緊迫而複雜的問題。將Sterkfontein的化石放入其適當的背景中，是朝着解決整個難題邁出的一步。